DE1121840B

DE1121840B - Light barrier for the detection of small bodies, especially for thread control on textile machines

Info

Publication number: DE1121840B
Application number: DEF23011A
Authority: DE
Inventors: Lothar Franke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-05-11
Filing date: 1957-05-11
Publication date: 1962-01-11

Description

Lichtschranke zum Nachweis kleiner Körper, insbesondere zur Fadenkontrolle an Textilmaschinen Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke zum Nachweis kleiner Körper, die nur einen kleinen Bruchteil des Lichtstrahles abdecken, insbesondere zur Fadenkontrolle an Textilmaschinen unter Verwendung eines Scheinwerfers mit abbildender Optik.Light barrier for the detection of small bodies, especially for thread control on textile machines The invention relates to a light barrier for detecting small Bodies that only cover a small fraction of the light beam, in particular for thread control on textile machines using a spotlight with imaging Optics.

Es ist bekannt, zum Nachweis von Körpern Lichtschranken zu verwenden. Diese bestehen aus einer Lichtquelle (Scheinwerfer) und einem elektrischen Auge (Lichtempfänger). Durch die nachzuweisenden Körper wird der Strahlengang ganz oder teilweise abgedunkelt, und der veränderte Fotostrom des Lichtempfängers wird unmittelbar oder über Verstärker dazu verwendet, um Relais oder irgendwelche elektrische oder mechanische Vorgänge auszulösen. Sind die nachzuweisenden Körper in ihren Ausmaßen sehr klein, so begegnet ihre Erfassung erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn der Ort der nachzuweisenden Körper sich ändert und längere Schranken benötigt werden. Handelt es sich insbesondere darum, eine größere Anzahl von dünnen Fäden zu überwachen und deren Hindurchfallen durch eine Lichtschranke zum Nachweis von Fadenbrüchen zu verwenden, so werden nur geringe Bruchteile des in der Lichtschranke fließenden Lichtstromes abgedeckt. It is known to use light barriers to detect bodies. These consist of a light source (headlight) and an electric eye (Light receiver). The beam path is completely or through the body to be detected partially darkened, and the changed photocurrent of the light receiver is immediate or via amplifier used to relay or any electrical or trigger mechanical processes. Are the bodies to be detected in their dimensions very small, so their detection encounters considerable difficulties, in particular when the location of the body to be detected changes and longer barriers are needed. In particular, it is a question of a larger number of thin To monitor threads and their falling through a light barrier for detection of thread breaks, only small fractions of the amount in the light barrier are to be used flowing luminous flux covered.

Eine einfache Überlegung lehrt, daß eine Lichtschranke zum Nachweis kleiner Körper um so empfindlicher gemacht werden kann, je stärker man den Lichtstrom wählt, weil dann die absolute Größe des relativ abgedunkelten Lichtes zunimmt. Es sind Verfahren bekannt, z. B. kapazitive Kupplungen, bei denen der Empfänger auf dieses absolute Maß der relativen Lichtstromänderungen anspricht. Allerdings müssen derartige Lichtempfänger sehr empfindlich sein. Bei technischen Anordnungen zum Nachweis kleiner Körper insbesondere bei Textilmaschinen wirken sich derart empfindliche Empfänger infolge der unvermeidlichen mechanischen Erschütterungen nachteilig aus. Die Erschütterungen täuschen Lichtstromänderungen vor und lösen Fehlalarme aus. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und löst die Aufgabe, Fehlschaltungen durch mechanische Erschütterungen praktisch auszuschließen. A simple consideration teaches that a light barrier for detection The stronger the luminous flux, the more sensitive it can be made to small bodies chooses because then the absolute size of the relatively darkened light increases. It methods are known, e.g. B. capacitive couplings where the receiver is on this absolute measure of the relative changes in luminous flux is relevant. However, must such light receivers can be very sensitive. In the case of technical arrangements for Detection of small bodies especially in textile machines are so sensitive Receiver as a result of the inevitable mechanical vibrations. The vibrations simulate changes in luminous flux and trigger false alarms. The invention avoids these disadvantages and solves the problem of incorrect switching practically exclude mechanical vibrations.

Nach der Erfindung gelangt ein Scheinwerfer mit abbildender Optik zur Anwendung bei dem der Durchmesser des Scheinwerferlichtfleckes in der Ebene des Empfängers kleiner bemessen ist als die wirksame Eingangsöffnung des Empfängers und so eingestellt ist, daß zwischen den Randlinien des Empfängers und des Scheinwerferlichtfleckes eine praktisch unbeleuchtete Zone bestehenbleibt, die breiter ist als die Erschütterungsamplituden des Scheinwerferlichtfleckes. According to the invention, a headlight with imaging optics arrives for use where the diameter of the spotlight spot in the plane of the receiver is dimensioned smaller than the effective entrance opening of the receiver and is set so that between the edge lines of the receiver and the spotlight a practically unlit zone remains that is wider than the vibration amplitudes of the spotlight.

Es ist bereits bekannt, bei einer lichtelektrischen Reflexstreuung Störungen in der Anzeige, die bei Auftreten von Falten der abzutastenden Folie infolge Danebenreflektieren des Lichtbündels im Objektiv entstehen könnten, dadurch zu beseitigen, daß man die Apertur dieses Objektivs als Vielfaches der Apertur des Objektivs des einfallenden Bündels wählt. It is already known in the case of photoelectric reflection scattering Disturbances in the display resulting from the occurrence of wrinkles in the film to be scanned In addition, the light beam could be reflected in the lens, thereby eliminating that the aperture of this lens is a multiple of the aperture of the lens of the incoming bundle.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die Fläche der abzutastenden Marken auf einer Bahn groß gegenüber dem Querschnitt des Lichtbündels ist, so daß Fehlanzeigen nicht auftreten. Furthermore, an arrangement is known in which the surface to be scanned Marks on a path is large compared to the cross section of the light beam, so that False reports do not occur.

Bei diesen Abtastvorrichtungen entstehen jedoch im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Störungen infolge Reflexion an einem abzutastenden Objekt zwischen Lichtquelle und Empfänger und die günstigste Bemessung der Eingangsöffnung des Empfängers ist diesen Anordnungen nicht entnehmbar. Es hat sich gezeigt, daß die Berührung oder ein gegenseitiges Schneiden der Randlinien bei Erschütterungen zu einer Modulation führt, die das Vorhandensein kleiner Körper vortäuscht, während die erfindungsgemäße Anordnung diesen Effekt ausschließt. In contrast to this, however, these scanners arise device according to the invention, the interference due to reflection on a to be scanned Object between light source and receiver and the most favorable dimensioning of the entrance opening of the recipient cannot be inferred from these instructions. It has been shown that the touching or mutual cutting of the edge lines in the event of vibrations leads to a modulation that simulates the presence of small bodies while the arrangement according to the invention excludes this effect.

Auch ungleichmäßige Verteilung der Lichtstärke in der Ebene des Empfängers entspricht Randlinien unterschiedlichen Niveaus, die zu Modulationen führen können. Die Erfindung wird durch Abbildungen erläutert: Abb. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Lichtschranke für große Lichtströme zum Nachweis herabfallender Fäden; Abb. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtschrankenausbildung, bei der der abgebildete Lichtfleck von der Lichtempfängereingangsöffnung umschlossen ist; Abb. 3 zeigt den gleichen Lichtempfänger vom Scheinwerfer aus gesehen; Abb. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtschranke mit an sich bekannter Zwischenabbildung der Lichtquelle und abgeblendetem Sichtfeld des Empfängers sowie das Beispiel einer Verstärkerschaltung.Also uneven distribution of the light intensity in the plane of the receiver corresponds to edge lines of different levels, which can lead to modulations. The invention is illustrated by illustrations: Fig. 1 shows the basic structure a light barrier for large luminous fluxes to detect falling threads; Fig. 2 shows a light barrier design according to the invention, in which the depicted Light spot is enclosed by the light receiver entrance opening; Fig. 3 shows the same light receiver seen from the headlight; Fig. 4 shows an inventive Light barrier with a known intermediate image of the light source and a masked one Field of view of the receiver as well as the example of an amplifier circuit.

Die Abb. 1 zeigt eine Lichtschranke für einen großen Lichtfluß mit dem Scheinwerfer 1 und dem Lichtempfänger 2. Die im Gehäuse 3 des Scheinwerfers 1 angeordnete Lichtquelle 4 (etwa der Faden einer Glühlampe) wird über die Optik 5 so abgebildet, daß angenähert parallele Strahlen austreten und in Richtunng des Empfängers 2 ausstrahlen. Das Gehäuse 6 des Empfängers 2 trägt eine Optik 7, die das Lichtstrahlenbündel über eine Blende 8 auf die Fotozelle 9 gelangen läßt. Die quer zum Lichtbündel verlaufenden Linien 10 deuten eine von oben gesehene Fadenschar an, die sich über dem Lichtstrahl befindet. Sobald ein Fadenbruch auftritt, fällt der betreffende Faden durch die Lichtschranke hindurch. Fig. 1 shows a light barrier for a large light flux with the headlight 1 and the light receiver 2. The ones in the housing 3 of the headlight 1 arranged light source 4 (about the thread of an incandescent lamp) is on the optics 5 mapped so that approximately parallel rays emerge and in the direction of the Receiver 2 broadcast. The housing 6 of the receiver 2 carries an optics 7 that allows the light beam to reach the photocell 9 via a diaphragm 8. the Lines 10 running transversely to the light bundle indicate a group of threads seen from above located above the light beam. As soon as a thread break occurs, it falls the thread in question through the light barrier.

Sobald der gestrichelt gezeichnete Lichtstrahl 11 durch einen Faden abgedeckt wird, gelangt auf die Fotozelle 9 ein verringerter Lichtstrom. Die damit verbundene Fotostromänderung kann über einen Verstärker angezeigt und ein Licht- oder akustischer Alarm ausgelöst oder die Maschine angehalten werden. Die an sich optimal ausgebildete Lichtschranke im Beispiel Abb. 1 hat jedoch einen erheblichen Mangel. Treten nämlich unvermeidliche Erschütterungen auf, so führen diese zu geringfügigen Pendelungen der optischen Achse, und es werden durch das gegenseitige Schneiden und Berühren der Randlinien vom Lichtfleck und Lichtempfänger Lichtstromveränderungen herbeigeführt. Es erfolgt falscher Alarm, und die Lichtschranke wird unbrauchbar.As soon as the dashed light beam 11 passes through a thread is covered, a reduced luminous flux reaches the photocell 9. The one with it connected photocurrent change can be displayed via an amplifier and a light or an acoustic alarm is triggered or the machine is stopped. The in itself Optimally designed light barrier in the example in Fig. 1, however, has a considerable Defect. If unavoidable vibrations occur, these lead to minor ones Oscillations of the optical axis, and it will be due to the mutual intersection and touching the edge lines of the light spot and light receiver changes in luminous flux brought about. A false alarm occurs and the light barrier becomes unusable.

Bei der in Abb. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung wird dieser Nachteil ausgeschaltet. Bei der in Abb. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist die Lichtschranke so ausgebildet, daß der Scheinwerferlichtfleck In der Eingangsebene 12 des Empfängers kleiner bemessen ist als die wirksame Eingangsöffnung des Empfängers, und so abgebildet, daß zwischen den Randlinien des Empfängereingangs und des Scheinwerferlichtfleckes eine unbeleuchtete Zone bestehenbleibt, die breiter ist als die Erschütterungsamplituden des Scheinwerferlichtfleckes. Im Beispiel Abb. 2 ist ein Lichtbündel 11 mit gleichbleibendem Querschnitt dargestellt und die Eingangsoptik 7 des Empfängers 2 vergrößert. Dies hat den Vorteil, daß die Abbildung des Scheinwerferlichtfleckes größer sein darf, was sich räumlich und in bezug auf den Lichtstrom vorteilhaft auswirkt. Die Abb. 3 zeigt die gleiche Schranke, und zwar die Lichtempfängeröffnung vom Scheinwerfer aus gesehen. Man erkennt, daß innerhalb der wirksamen Öffnung des Lichtempfängers 2 eine (schraffiert gezeichnete) Lichtfleckfläche besteht, die auch bei auftretenden Erschütterungsamplituden innerhalb der Lichtempfängeröffnung verbleibt. Die eingezeichneten Doppelpfeile 13 deuten die Randlinienverschiebungen durch Erschütterungen an. Über der Schrannke 11 sind die Fäden in Längsansicht als Punkte 10 angedeutet. Unabhängig davon, ob die Lichtverteilung innerhalb des Lichtfleckes homogen ist, gelangt also stets die gleiche Lichtmenge auf die Fotozelle. In the arrangement according to the invention shown in Fig. 2 this disadvantage is eliminated. In the illustrated in Fig. 2 according to the invention Arrangement, the light barrier is designed so that the spotlight spot In the entrance level 12 of the receiver is dimensioned smaller than the effective entrance opening of the receiver, and mapped so that between the edge lines of the receiver entrance and the spotlight spot remains an unilluminated zone that is wider is than the vibration amplitudes of the spotlight. In the example in Fig. 2 shows a light bundle 11 with a constant cross section and the input optics 7 of the receiver 2 enlarged. This has the advantage that the image of the headlight spot may be larger, which is advantageous spatially and in terms of luminous flux affects. Fig. 3 shows the same barrier, namely the light receiver opening seen from the headlight. It can be seen that within the effective opening of the Light receiver 2 is a (hatched) light spot area, which also remains within the light receiver opening when vibration amplitudes occur. The double arrows 13 shown indicate the edge line shifts due to vibrations at. Above the cabinet 11, the threads are indicated as points 10 in a longitudinal view. Regardless of whether the light distribution within the light spot is homogeneous, This means that the same amount of light always reaches the photocell.

Um eine möglichst kreisförmige Abbildung der Lichtquelle zu erhalten, ist es nach der Erfindung vorteilhaft, eine an sich bekannte Zwischenabbildung der Lichtquelle vorzusehen, wie es in Abb. 4 gezeigt ist. Die im Gehäuse 3 des Scheinwerfers eingebaute Optik 14 bildet die Lichtquelle in der Ebene der Blende 15 ab, so daß die abbildende Optik 5 des Scheinwerfers 1 die Blendenöffnung der Blende 15 in der Ebene 12 des Empfängers 2 abbildet. Im vorliegenden Beispiel ist wiederum gemäß der Erfindung der abgebildete Lichtfleck kleiner als die Eingangsöffnung des Empfängers (2). Durch die angeordnete Zwischenblende 15 wird erreicht, daß nicht die rechteckigen Glühwendel der Glühlampe 4, sondern eine gemäß der Erfindung zweckmäßig kreisförmige Abbildung der Blende 15 in Erscheinung tritt. In order to get a picture of the light source that is as circular as possible, it is advantageous according to the invention, a known intermediate image of the Provide light source as shown in Fig. 4. The one in housing 3 of the headlight built-in optics 14 depicts the light source in the plane of the aperture 15, so that the imaging optics 5 of the headlight 1, the aperture of the aperture 15 in the Level 12 of receiver 2 maps. In the present example is again according to According to the invention, the imaged light spot is smaller than the entrance opening of the receiver (2). The arranged intermediate panel 15 ensures that not the rectangular Incandescent filament of the incandescent lamp 4, but an expediently circular one according to the invention Figure of the aperture 15 appears.

Die unvermeidlichen Erschütterungen wirken sich nicht nur auf den Scheinwerfer, sondern unter Umständen auch auf den Empfänger aus. Nach der Erfindung wird der Empfänger daher so ausgebildet, daß sein Gesichtsfeld in der Ebene des Scheinwerfers größer bemessen ist als die Lichtausgangsöffnung des Scheinwerfers, derart, daß eine die Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers allseitig umfassende Gesichtsfeldzone entsteht, die breiter ist als die Erschütterungsamplituden des Lichtempfängers. Die Gesichtsfeldgröße wird in erster Linie durch die Bemessung der Blende 8 im Inneren des Empfängers 2 bestimmt. In Abb. 4 ist das Gesichtsfeld mit den angenommenen Erschütterungsamplituden 13 einge zeichnet. Es zeigt sich, daß hierbei die Schwankungen der Blickrichtung infolge von Erschütterungen nicht zu einem Herauswandern des Gesichtsfeldes aus der Scheinwerferöffnung führen. The inevitable shocks don't just affect the Headlights, but may also target the receiver. According to the invention the receiver is therefore designed so that its field of view is in the plane of the Headlight is dimensioned larger than the light exit opening of the headlight, such that one encompasses the light exit opening of the headlamp on all sides The visual field zone is created that is wider than the vibration amplitudes of the Light receiver. The field of view size is determined primarily by the dimensioning the aperture 8 in the interior of the receiver 2 is determined. In Fig. 4 is the field of view with the assumed vibration amplitudes 13 is drawn. It appears, that here the fluctuations in the line of sight as a result of vibrations are not lead to the field of view wandering out of the headlight opening.

Es ist weiterhin vorteilhaft, den Scheinwerfer wie in Abb. 4 dargestellt, mit einem ihn allseitig umfassenden Blendschirm 16 zu versehen, dessen Durchmesser größer ist als das Gesichtsfeld des Lichtempfängers zuzüglich seiner Erschütterungsamplitude. Durch den Schirm 16 wird erreicht, daß irgendwelche Lichtquellen, die in der Blickrichtung des Lichtempfängers 2 gelegen sein können, nicht störend einwirken. It is also advantageous to use the headlight as shown in Fig. 4, to be provided with a screen 16 surrounding it on all sides, the diameter of which is larger than the field of view of the light receiver plus its vibration amplitude. Through the screen 16 is achieved that any light sources in the line of sight of the light receiver 2 can be located, do not have a disruptive effect.

Abb. 4 zeigt ferner ein Beispiel für die elektrische Ausrüstung der Fadenkontrolleinrichtung, und zwar einen an sich bekannten Verstärker, der in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Scheinwerferanordnung besonders vorteilhaft arbeitet. Die Fotozelle9 liegt in Reihe mit einem Arbeitswiderstand 17, der die an ihm auftretende Spannungsänderung bei Eintreten eines Fadens in die Lichtschranke über den Kondensator 18 auf das Gitter 19 der Verstärkerröhre 20 überträgt. Die Verstärkerröhre 20 überträgt unter Benutzung des Reihenwiderstandes 21 und des Kondensators 22 die auftretenden Spannungsänderungen über eine zweite Röhre 23 mit Reihenwiderstand 24 und Kupplungskondensator 25 auf eine Kippanordnung, z. B. ein Gasentladungsrelais 26, d. h. eine Kippanordnung, die nur bei bestimmten einstellbaren Spannungsamplituden anspricht. Die Kippanordnung hat den weiteren Vorteil, daß die nachfolgende Relaisanordnung unabhängig von der Zeitdauer des einfallendes Impulses betriebssicher ein Relais durchsteuert, das z. B. einen Daueralarm auslöst. Vor allem hat jedoch gemäß der Erfindung die Kippanordnung den Vorteil, daß ihr Ansprechpunkt einstellbar ausgebildet werden kann, so daß man den Störpegel, der trotz der erfindungsgemäßen Maßnahmen verbleibt, unschädlich zu machen vermag. Das Gasentladungsrelais 26 in Abb. 4 kann über das Potentiometer 27 in Verbindung mit der Batterie 28 auf verschiedene Ansprechempfindlichkeiten eingestellt werden. Das in Reihe liegende Relais 29 steuert über den Kontakt 30 eine Alarmlampe 31 oder hält die Maschine an. Mit dem Unterbrechungskontakt 32 kann das Relais 29 wieder in Ruhelage gebracht werden. Die Widerstände 33, 34 und Kondensatoren 35 dienen zur Erzeugung einer definierten Gittervorspannung der Röhren 20 und 23. Die Scheinwerferlampe 4 wird von der Batterie 36 gespeist. Fig. 4 also shows an example of the electrical equipment of the Thread control device, namely a known amplifier, which in connection works particularly advantageously with the headlight assembly according to the invention. The photocell 9 is in series with a working resistance 17, which occurs on it Change in tension when a thread enters the light barrier via the capacitor 18 on the grid 19 of the amplifier tube 20 transfers. The amplifier tube 20 transmits using the series resistor 21 and the capacitor 22 the occurring Voltage changes via a second tube 23 with series resistor 24 and coupling capacitor 25 to a tilting arrangement, e.g. B. a gas discharge relay 26, d. H. a tilting arrangement, which only responds at certain adjustable voltage amplitudes. The tilting arrangement has the further advantage that the following relay arrangement is independent of the Duration of the incident pulse reliably controls a relay that z. B. triggers a continuous alarm. Above all, however, according to the invention, the tilting arrangement has the advantage that their response point can be made adjustable so that one the interference level, which remains despite the measures according to the invention, harmless able to do. The gas discharge relay 26 in Fig. 4 can be about the potentiometer 27 in connection with the battery 28 to different sensitivity levels can be set. The series relay 29 controls via contact 30 an alarm lamp 31 or stops the machine. With the break contact 32 can the relay 29 can be brought back into the rest position. The resistors 33, 34 and capacitors 35 serve to generate a defined grid prestress of the tubes 20 and 23. The headlight lamp 4 is fed by the battery 36.

Selbstverständlich ist es ratsam, bei einer erfindungsgemäßen Lichtschranke die an sich bekannten Erschütterungsdämpfungen, wie z. B. Gummiunterlagen u. dgl., zusätzlich anzuwenden. Dies gilt insbesondere für den Verstärker, dessen Bauelemente man vorteilhaft etwa unter Verwendung von Halbleitern erschütterungsunempfindlich ausbildet. It is of course advisable to use a light barrier according to the invention the per se known shock absorption, such. B. rubber pads and the like, apply additionally. This applies in particular to the amplifier and its components one advantageously insensitive to vibration, for example using semiconductors trains.

An Stelle der Linsenoptik für Scheinwerfer und Lichtempfänger können gemäß der Erfindung auch Hohlspiegel oder andere abbildende Mittel zur Anwendung gelangen. Bei Verwendung von Spiegeln gilt deren optisch wirksamer Flächenrand als Randlinie im Sinne der Erfindung. Instead of lens optics for headlights and light receivers you can according to the invention, concave mirrors or other imaging means are also used reach. If mirrors are used, their optically effective surface edge counts as Edge line within the meaning of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Light barrier for the detection of small bodies that only cover a small fraction of the light beam, especially for thread control on textile machines using a headlight with imaging optics, under Use of the principle known from scanning devices through appropriate dimensioning of the elements in the beam path all light to the photocell regardless of interference to get, characterized in that the diameter of the headlight spot at the level of the Emp catcher is smaller than the effective A entrance opening of the receiver and is set so that between the edge lines of the receiver and the spotlight spot remains a practically unilluminated zone. which is wider than the vibration amplitudes of the spotlight.

2. Light barrier according to claim 1, characterized in that a Headlight is used, the one with an intermediate image known per se the light source is equipped on a pinhole disc.

3. Light barrier according to claim 1 or 2, characterized in that that the diameter of the entrance opening of the light receiver is dimensioned larger than the diameter of the headlight exit.

4. Light barrier according to claim 1 or the following, characterized in that that the field of view of the receiver, which is advantageously designed with optics, is larger is dimensioned as the light exit opening of the headlight, such that one the The light exit opening of the headlamp consists of a field of view zone encompassing all sides, which is wider than the vibration amplitudes of the light receiver.

5. Light barrier according to claim 4, characterized in that the Headlight is equipped with a visor that encompasses it on all sides, whose diameter is larger than the field of view of the light receiver, plus its vibration amplitude.

6. Light barrier according to claim 1 or the following, characterized in that that in the light receiver output a known toggle relay arrangement with adjustable Response threshold is arranged so that the remaining residual interference can be separated are.

Documents considered: Photoelectric cells in their Application, Simon and Suhrmann, Berlin, 1932, pp.246 to 248; Swiss patent specification No. 296,988; German utility model No. 1743 599; Melliand Textile Reports, 37 (1956), pp. 536 to 540; German patent application 5 26379 XII / 81 a (announced on December 2, 1954); U.S. Patent No. 2,576,529.